Конструкция змеевика: 1 – конвективный участок, 2 – перекидки, 3 – радиантный участок, 4 – выходной участок, ППУ – места установки подвесок постоянного усилия

О проекте

  • Термомеханический расчет змеевика
  • ООО «Алитер Акси»
  • Нефтегаз
  • 2016 год

Термомеханический расчет змеевика

ООО «Алитер-Акси» – компания-эксперт по проектированию, изготовлению, поставке, монтажу технологического оборудования, работающего при повышенных температурах.

Наибольший опыт компания имеет в нефтепереработке и нефтехимии (технологические нагревательные, реакторные, реакционные печи, технологические топки, защитные футеровки установок каталитического крекинга, дегидрирования изобутана), производстве алюминия (футеровки миксеров, желобов, ковшей), азотной промышленности (футеровки конвертеров, дымоходов, технологических печей), многочисленных решениях по конструкции футеровок, применению огнеупорных материалов в энергетике, мусоросжигании, цементной промышленности, черной металлургии, производстве кирпичей и керамики.

По заказу ООО «Алитер Акси» эксперты «МЦД» выполнили термомеханический расчет змеевика. Целью работы был расчет змеевика на прочность от действия внутреннего избыточного давления, температурных расширений и собственного веса.

Для этого требовалось:

  • Оценить статическую прочность, усталость от циклических нагрузок.
  • Оценить нагрузки, действующие со стороны змеевика на опоры и фланцевые соединения.
  • Подобрать характеристики опор постоянного усилия, необходимые для обеспечения работоспособности змеевика.
  • Оценить перемещения элементов змеевика.

Для выполнения расчетных работ был выбран метод конечных элементов. Расчет проводился для змеевика с минимальными толщинами стенок (с учетом воздействия коррозии), с использованием программного комплекса Ansys Mechanical.
Геометрия змеевика представляет собой трубопровод, условно делимый на четыре участка по ходу продукта: конвективиый, перекидки, радиантный и выходной.

 

Конструкция змеевика: 1 – конвективный участок, 2 – перекидки, 3 – радиантный участок, 4 – выходной участок, ППУ – места установки подвесок постоянного усилия
Рисунок 1. Конструкция змеевика: 1 – конвективный участок, 2 – перекидки, 3 – радиантный участок, 4 – выходной участок, ППУ – места установки подвесок постоянного усилия

Описание модели

Расчетная модель представлена балочными элементами с параметрами сечения, определенными по исходной геометрии. Конструкция змеевика имеет утолщения в отводах. В расчетной модели параметры сечения отводов подобраны таким образом, чтобы масса отводов в расчетной модели совпадала с массой в геометрической модели.

Опирание змеевика на трубную доску моделировалось нелинейными контактными взаимодействиями без трения. В качестве элементов, ограничивающих движение змеевика внутри отверстия трубной доски, используются кольца с внутренними диаметрами, соответствующими диаметрам отверстий трубной доски. Диаметр отверстий трубной доски на 12 мм больше внешнего диаметра трубопровода.

Опоры, расположенные у основания перекидок, также моделировались нелинейными контактными взаимодействиями без трения. В качестве элементов, ограничивающих движение змеевика, используются балки П-образной формы. Геометрические параметры зазоров и условия опирания подобраны таким образом, чтобы трубы могли свободно перемещаться вверх (-Z), свободно перемещаться по длине (±X) и перемещаться в стороны (±Y) на 5 мм, относительно монтажного положения.

Взаимодействие тяг и отводов, к которым они крепятся, моделировалось шарнирами с вращательной степенью свободы вокруг осей Y. Проушины представлены точечными массами (12,55 кг). Взаимодействие тяг и ППУ моделировалось шарнирами со степенью свободы по оси Z.

Упоры радиантного змеевика моделировались шарнирами с вращательными степенями свободы относительно осей X, Y, Z и поступательной по оси X (по вертикали). Центральные упоры имеют также поступательную степень свободы по оси Y (по горизонтали).

Концы труб, присоединяемые к другим аппаратам, жестко закреплены.

Конечно-элементная модель состоит из pipe-элементов с локальным измельчением сетки на отводах.

Расчет прочности ледовых подкреплений бульбообразной носовой оконечности.

По требованию заказчика построение модели выполнялось без учета симметрии, что было обусловлено несимметричностью нагрузки, а также необходимостью выполнять различные расчеты для разных видов нагружения на одной и той же конечно-элементной модели.

Геометрия модели представлена 821 телом, из которых оболочечных тел – 820 и 1 твердое тело. Все элементы корпуса судна, кроме носовой отливки, представлены оболочечными телами.

Распределение температур по змеевику для рабочего режима, °С
Рисунок 2. Распределение температур по змеевику для рабочего режима, °С

Результаты расчетов

После выполнения подбора усилий для ППУ и величины натягов в Ansys DesignХplorer, инженеры «МЦД» определили НДС змеевика для режимов нагружения: расчетный, рабочий, коксовыжиг. Подобраны характеристики опор постоянного усилия. Произведена оценка статической, циклической прочности, перемещений и нагрузок, действующих на фланцевые соединения. Выполнен расчет распределения температур для различных режимов нагружения. Рассчитан минимальный коэффициент запаса прочности при рабочем случае нагружения, определено, что он приходится на входные трубы радиантного участка.

На основе определенных НДС и в соответствии с критериями прочности, доказано, что конструкция змеевика выдержит предъявляемые критерии прочности для всех режимов нагружения.

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00